一种应用于高G值冲击加速度传感器的机械滤波器制造技术

一种应用于高G值冲击加速度传感器的机械滤波器，通过外部预应力微调阻尼材料的刚度和阻尼，使得机械滤波器极有最佳的性能。该机械滤波器包括底座、隔离结构、底部滤波垫片、顶部滤波垫片和顶部压块，所述隔离结构包括底部隔离垫片、横向约束结构和顶部隔离垫片三部分，机械滤波器能够有效抑制冲击传感器高频振动成分，使得传感器在承受高G值冲击时候不发生基线偏移。机械滤波器设计成为隔离型，能够隔离传感器芯体与传感器外壳的电气链接属性，有效避免外壳干扰信号影响传感器输出。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于高G值冲击加速度传感器的机械滤波器
本技术涉及一种应用于高G值冲击加速度传感器的机械滤波器，具体涉及一种能够抑制传感器在承受高G值冲击时的高频分量，能够有效抑制冲击传感器输出基线漂移现象的机械滤波器。
技术介绍
压电高G值加速度传感器作为高G值加速度的一个大类，在承受高冲击时容易产生基线偏移。在冲击过程中基线不在零线上，而是在零线上有一直流分量。通过分析得知，由于高G值加速度传感器在承受冲击时，高频分量导致压电传感器的敏感芯体产生持续电荷。高频响应产生的信号输出反应到传感器输出即表现为基线不回零。传感器基线不回零直接影响到高G值加速度传感器加速度测量结果准确性，导致测量存在较大误差。在考核高G值冲击频谱特性的场合，基线不回零的频域表现为低频频谱失真。低频频谱失真使得测试试验无法获取测试的低频特性，影响高G值冲击测量的实验效果。为了抑制高G值加速度传感器在承受高冲击时不产生基线偏移，有效的滤除高频分量成为解决基线不回零的重要手段。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种解决压电类高G值加速度传感器基线不回零装置即机械滤波器，用于滤出冲击类加速度传感器在承受高G值冲击时高频成分，提高高G值加速度传感器冲击性能。本技术提出了一种应用于高G值冲击加速度传感器的机械滤波器，该机械滤波器包括底座、隔离结构、底部滤波垫片、顶部滤波垫片和顶部压块，所述隔离结构包括底部隔离垫片、横向约束结构和顶部隔离垫片三部分；所述底部隔离垫片、底部滤波垫片、横向约束结构、顶部滤波垫片、顶部隔离垫片和顶部压块依次装入所述底座，通过所述顶部压块施加的预紧力将上述所有组成部件紧固在一起形成所述机械滤波器，所述底座包括安装螺柱、六角结构、桶状结构、安装螺纹、内部安装面和底部安装面，所述顶部压块包括压块底面、安装螺纹和加载结构。优选的，所述底座上加工一体螺杆，用于与外部安装面进行螺接。优选的，所述底座为桶状结构，以放置其它所有机械滤波器组成部件。优选的，所述底座顶端设置有安装螺纹，用于与顶部压块进行配合对机械滤波器以及传感器芯体施加预紧力。优选的，所述隔离结构采用聚酰亚胺材料。优选的，所述底部滤波垫片采用圆形结构，其材料为阻尼材料。优选的，所述底部滤波垫片的厚度为1mm。优选的，所述顶部滤波垫片为中间带孔的圆形结构，其材料与所述底部滤波垫片相同。优选的，所述横向约束结构采用桶状结构,采用聚酰亚胺材料，壁厚0.5mm。实现本技术的技术方案：一种应用高G值冲击加速度传感器的机械滤波器，包括用于传感器芯体顶端的滤波器垫片与传感器芯体底端的滤波器垫片。上下两层滤波器垫片组成机械滤波器的核心。本技术设计的机械滤波器，机械滤波器与加速度计组合的结构强度要能够承受高G值的冲击，许多简单的隔振设计在高冲击下瓦解。本技术设计的机械滤波器的Q值要非常低，以保证传感器在较宽的频带范围内保持线性。机械滤波器与传感器的配合阻尼特性必须重点考虑。本技术设计的传感器的敏感部分与安装表面之间的位移不能超过滤波器的线性范围。当超出滤波器的线性范围时，机械滤波器将对高频信号没有滤波特性，传感器将失去滤波器的保护影响其输出特性。本技术机械滤波器的传递特性必须明确界定，传输特性的结果必须具有重复性。本技术机械滤波器采用内置滤波器结构，用高性能机械滤波器材料将传感器敏感芯体完全包围置于传感器外壳内部。传感器各个方向均有滤波特性。本技术采用的滤波器的材料具有较高的强度同时并有一定的阻尼特性。本技术设计的机械滤波器可近似看做弹簧与质量块所构成的系统，近似用二阶系统模型来表征其响应特性，典型式一般模型图9所示。由图9可知，将弹簧和阻尼器的一端分别固定在参考坐标系上，并假定输入信号直接作用到质量块上。图9中，c表示阻尼系数，k表示刚度系数，m表示质量块质量，b0x表示系统所受激励，y表示系统产生的相对位移。该模型的数学表达式如式3所示，其中，a2＝m，a1＝c，a0＝k。令静态灵敏度阻尼比无阻尼固有角频率则可得频率响应函数如下幅频特性如下根据公式(4)绘制阻尼特性曲线，通过绘制的阻尼特性曲线确定机械滤波器阻尼和刚度。本技术采用特殊的滤波材料将材料刚度和阻尼调整到了最佳状态，保证采用本技术的传感器具有较好的频率响应特性和较好的高频抑制特性。本技术机械滤波器采用顶层底层滤波器相结合方式实现机械滤波，能够有效滤除轴向高频分量抑制传感器输出信号基线偏移。本技术在滤波材料以外设计了相应的隔离材料，隔离材料主要用于传感器芯体与外壳隔离，避免传感器外壳干扰信号引入传感器输出。本技术采用顶端出线方式，顶端采用滤波器材料与隔离材料组合方式。滤波材料通过自身的阻尼和刚度形成高频抑制作用，隔离材料隔离芯体与外壳避免传感器输出与外壳相连引入干扰。本技术将将滤波材料和隔离材料设计成中间带孔的圆盘结构，中间孔用于出线。本技术设计的机械滤波器需要对压块施加预压力作用，压块结构的作用主要用于施加外部预应力，将传感器芯体与滤波材料隔离材料压合在一起提高传感器刚度。压块作用力使得滤波材料达到最佳的滤波状态，压块预应力值通过反复试验确定，将滤波材料滤波性能发挥到最佳状态。本技术适用于具有成型敏感芯体的压电冲击传感器，通过机械滤波器作用改善敏感芯体输出特性抑制基线偏移现象。将隔离材料置于底座最底部滤波材料置于隔离材料之上，避免由于滤波材料受力后绝缘特性降低，导致敏感芯体与底座接触引入外部干扰。将敏感芯体置于滤波材料之上，敏感芯体顶部装配滤波材料并将隔离材料置于顶部滤波材料之上。顶部隔离材料与顶部压块形成压合关系，装配完成后组合成为敏感芯体机械滤波器。本技术采用横向约束结构避免由于传感器在承受高G值冲击时候产生横向位移，导致传感器输出生产额外的加速度分量。横向约束结构安装到敏感芯体外表面，在传感器整体装配时与芯体一起装入传感器外壳中。本技术相较于现有技术的有益效果在于：1)本技术的机械滤波器能够帮助解决传统压电传感器在承受高G值冲击时候基线便宜的问题；2)本技术的机械滤波器能够有效滤出传感器芯体所受到的高频冲击，有效保护传感器芯体；3)本技术采用隔离结构，克服了传统压电传感器输出与传感器外壳相连影响传感器输出的不足。滤波器使得传感器芯体与外壳电器隔离，避免传感器芯体输出受到外壳影响。附图说明图1是本技术实施例冲击加速度传感器的机械滤波器的剖面结构示意图；图2是本技术实施例机械滤波器组成部件底座的剖面结构示意图；图3是本技术实施例机械滤波器组成部件底面的隔离垫片结构示意图；图4是本技术实施例机械滤波器组成部件底面的滤波垫片结构示意图；图5是本技术实施例机械滤波器组成部件横向约束结构的结构示意图；图6是本技术实施例机械滤波器组成部件顶面滤波垫片的结构示意图；图7是本技术实施例机械滤波器组成部件顶面隔离垫片的结构示意图；图8是本技术实施例的顶面顶部压块的结构示意图；图9是本技术实施例的阻尼模型示意图。其中，附图标记说明如下：底座1、底面隔离垫片2、底面滤波垫片3、横向约束结构4、顶面滤波垫片5、顶面隔离垫片6、顶部压块7、安装螺柱11、六角结构12、桶状结构13、安装螺纹14、内部安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于高G值冲击加速度传感器的机械滤波器，其特征在于：该机械滤波器包括底座(1)、隔离结构、底部滤波垫片(3)、顶部滤波垫片(5)和顶部压块(7)，所述隔离结构包括底部隔离垫片(2)、横向约束结构(4)和顶部隔离垫片(6)三部分；所述底部隔离垫片(2)、底部滤波垫片(3)、横向约束结构(4)、顶部滤波垫片(5)、顶部隔离垫片(6)和顶部压块(7)依次装入所述底座(1)，通过所述顶部压块(7)施加的预紧力将上述所有组成部件紧固在一起形成所述机械滤波器，所述底座(1)包括安装螺柱(11)、六角结构(12)、桶状结构(13)、安装螺纹(14)、内部安装面(15)和底部安装面(16)，所述顶部压块(7)包括压块底面(71)、安装螺纹(72)和加载结构(73)。

【技术特征摘要】
1.一种应用于高G值冲击加速度传感器的机械滤波器，其特征在于：该机械滤波器包括底座(1)、隔离结构、底部滤波垫片(3)、顶部滤波垫片(5)和顶部压块(7)，所述隔离结构包括底部隔离垫片(2)、横向约束结构(4)和顶部隔离垫片(6)三部分；所述底部隔离垫片(2)、底部滤波垫片(3)、横向约束结构(4)、顶部滤波垫片(5)、顶部隔离垫片(6)和顶部压块(7)依次装入所述底座(1)，通过所述顶部压块(7)施加的预紧力将上述所有组成部件紧固在一起形成所述机械滤波器，所述底座(1)包括安装螺柱(11)、六角结构(12)、桶状结构(13)、安装螺纹(14)、内部安装面(15)和底部安装面(16)，所述顶部压块(7)包括压块底面(71)、安装螺纹(72)和加载结构(73)。2.根据权利要求1中所述的一种应用于高G值冲击加速度传感器的机械滤波器，其特征在于：所述底座(1)上加工一体螺杆，用于与外部安装面进行螺接。3.根据权利要求1中所述的一种应用于高G值冲击加速度传感器的机械滤波器，其特征在于：所述底座(1)为桶状...

【专利技术属性】
技术研发人员：房远勇，吕俊，刘春，姜志国，杨克辛，陈坤，张建，
申请(专利权)人：北京强度环境研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11